KR100961248B1 - Solar power plant having solar tracking apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 간단한 구조를 갖는 구동장치를 통하여 복수개의 태양전지 모듈을 지구의 자전에 따른 태양의 일주운동 및 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도의 변화를 추적할 수 있도록 하여 발전효율이 증대되는 태양추적형 태양광 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly, a plurality of solar cell modules track a change in the south middle altitude of the sun according to the rotation of the earth and rotation of the earth through a driving device having a simple structure. The present invention relates to a solar tracking photovoltaic device in which power generation efficiency is increased.
본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 프레임; 지구자전축과 평행한 방향으로 상기 프레임에 회동가능하도록 설치되는 제1 회전축; 평판형상을 갖고, 상기 제1 회전축의 길이방향을 따라 상기 제1 회전축에 일정간격으로 배열되어 설치되는 복수개의 태양전지 모듈; 상기 제1 회전축을 회동시키는 모터; 및 상기 모터를 제어하여 상기 태양전지 모듈들이 태양의 입사광과 수직을 이루도록 상기 제1 회전축을 회동시키는 제어부;를 포함하고, 상기 태양전지 모듈은 상기 제1 회전축의 길이방향을 따라 상기 제1 회전축과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되되, 상기 제1 회전축에 회동가능하도록 구비되는 복수개의 제2 회전축 각각에 고정설치되며, 상기 복수개의 제2 회전축은 상기 제2 회전축으로부터 연장형성된 연결부재와, 관통홀이 형성되어 상기 연결부재의 말단에 회동가능하게 결합되는 원통형부재와, 상기 원통형부재들의 관통홀에 삽입고정되는 회전 제어봉을 통해 상기 제1 회전축에 대하여 회동됨으로써 상기 태양전지 모듈들이 태양의 입사광과 수직을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.The solar tracking photovoltaic device according to the present invention comprises a frame; A first rotating shaft installed rotatably on the frame in a direction parallel to the earth's rotational axis; A plurality of solar cell modules having a flat plate shape and arranged at regular intervals on the first rotation shaft along a longitudinal direction of the first rotation shaft; A motor for rotating the first rotation shaft; And a controller configured to control the motor to rotate the first rotational axis such that the solar cell modules are perpendicular to the incident light of the sun. The solar cell module includes the first rotational axis along a longitudinal direction of the first rotational axis. Vertically arranged at regular intervals and fixed to each of the plurality of second rotation shafts provided to be rotatable on the first rotation shaft, the plurality of second rotation shafts extending from the second rotation shaft, and a through hole. The solar cell modules are perpendicular to the incident light of the sun by being rotated about the first rotation axis through a cylindrical member rotatably coupled to the distal end of the connecting member and a rotation control rod inserted into the through hole of the cylindrical members. Characterized in that to achieve.
태양광, 발전, 태양발전, 추적, 트래커, 2축, 자전, 공전 Solar, Power Generation, Solar Power, Tracking, Tracker, 2 Axis, Rotating, Static

Description

태양추적형 태양광 발전장치{SOLAR POWER PLANT HAVING SOLAR TRACKING APPARATUS}SORAC POWER PLANT HAVING SOLAR TRACKING APPARATUS}
본 발명은 태양광 발전장치에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 간단한 구조를 갖는 구동장치를 통하여 복수개의 태양전지 모듈을 지구의 자전에 따른 태양의 일주운동 및 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도의 변화를 추적할 수 있도록 하여 발전효율이 증대되는 태양추적형 태양광 발전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a photovoltaic device, and more particularly, a plurality of solar cell modules track a change in the south middle altitude of the sun according to the rotation of the earth and rotation of the earth through a driving device having a simple structure. The present invention relates to a solar tracking photovoltaic device in which power generation efficiency is increased.
일반적으로 태양광 발전장치는 반도체물질로 이루어진 태양전지(Solar Cell)를 이용하여 광에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전설비이다. 이러한 태양광 발전장치는 광에너지를 무제한적으로 공급받을 수 있을 뿐만 아니라 에너지원이 청정하기 때문에 대체에너지로 주목받고 있다. 또한, 태양광 발전장치는 태양전지의 수명이 최소 20년 이상으로 길고, 발전시스템을 반자동화 또는 자동화시키기 용이할 뿐만 아니라 운전 및 관리에 따른 비용이 저렴하다는 장점이 있다. 그리고, 태양광 발전은 대규모 발전뿐만 아니라 소규모 발전이 가능하여 가정용, 산업용으로 널리 이용될 수 있는 장점이 있다. In general, a photovoltaic device is a power generation equipment that converts light energy into electrical energy using a solar cell made of a semiconductor material. Such photovoltaic devices are attracting attention as alternative energy because they can be supplied with unlimited light energy and clean energy sources. In addition, the photovoltaic device has a long lifespan of at least 20 years, a semi-automated or automated power generation system, as well as a low cost of operation and management. And, solar power generation has the advantage that can be widely used for home, industrial as well as small-scale power generation.
이러한 태양광 발전장치는 태양광을 직류전기로 변환시키는 태양전지가 집적된 형태의 태양전지 모듈과, 태양전지 모듈에서 생성된 전기를 제어하는 전력제어장치와, 전기를 저장하는 축전지 및 직류전기를 교류로 변환하는 인버터를 포함하여 구성된다. 이와 같은 태양광 발전장치는 태양전지 모듈의 설치방식에 따라 고정형과 태양추적형으로 구분할 수 있다.Such a photovoltaic device includes a solar cell module in which a solar cell converts sunlight into direct current electricity, a power control device for controlling electricity generated from the solar cell module, a storage battery and direct current electricity that store electricity. It is configured to include an inverter that converts into alternating current. Such a photovoltaic device may be classified into a fixed type and a solar tracking type according to a solar cell module installation method.
고정형 태양광 발전장치는 일조량을 가장 많이 받을 수 있는 각도로 태양전지 모듈이 고정된 형태이다. 따라서, 발전설비가 단순하여 설치가 용이하고, 내구성이 높아 유지보수가 간편하다는 장점이 있다. 그러나, 태양광의 입사각에 따라 발전량의 편차가 심하여 평균 발전효율이 좋지 않다는 단점이 있다.Fixed photovoltaic devices are solar cell modules fixed at an angle that receives the most sunlight. Therefore, there is an advantage that the power generation equipment is simple and easy to install, high durability and easy maintenance. However, there is a disadvantage in that the average power generation efficiency is not good because the variation in the amount of power generation according to the incident angle of sunlight.
한편, 태양추적형 태양광 발전장치는 일출에서 일몰까지 동에서 서로 이동하는 태양의 운동을 추적하도록 태양전지 모듈을 회전시키는 1축 회전식과, 태양의 남중고도 변화까지 추적하도록 태양전지 모듈을 회전시키는 2축 회전식으로 구분할 수 있다. 1축 회전식은 상대적으로 구동장치의 구조가 간단하지만 2축 회전식에 비해 발전효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이에 비해 2축 회전식은 태양광의 입사방향이 태양전지 모듈과 항상 수직을 이루어 발전효율을 극대화할 수 있는 이점이 있다. 한편, 렌즈나 오목거울을 이용하여 태양광을 태양전지 모듈에 집중시켜 발전하는 집광형 태양발전의 경우, 이를 이용하기 위해서는 렌즈나 오목거울의 초점이 유지될 필요가 있어 2축 회전식 구동장치가 필요하다.Meanwhile, the solar tracking photovoltaic device is a one-axis rotary that rotates the solar cell module to track the movement of the sun moving from east to west, and rotates the solar cell module to track changes in the south mid-high altitude of the sun from sunrise to sunset. Can be divided into two-axis rotary type. The one-axis rotary type has a relatively simple structure of the driving device, but the power generation efficiency is lower than that of the two-axis rotary type. On the other hand, the two-axis rotary type has an advantage of maximizing power generation efficiency because the incident direction of sunlight is always perpendicular to the solar cell module. On the other hand, in the case of a condensing type solar power generating power by focusing sunlight on a solar cell module using a lens or a concave mirror, in order to use it, a focus of the lens or a concave mirror needs to be maintained so that a two-axis rotary driving device is required. Do.
종래기술에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 태양추적방법은 크게 프로그 램 추적과 센서 추적이 있다. 프로그램 추적은 미리 설정된 프로그램에 따라 태양을 추적하는 방식이다. 그리고, 센서 추적은 광센서를 이용하여 입사광의 광량이 가장 높은 곳을 추적하는 방식이다.The solar tracking method of the solar tracking type photovoltaic device according to the prior art is largely program tracking and sensor tracking. Program tracking is a way to track the sun according to a preset program. And, the sensor tracking is a method of tracking the highest light amount of the incident light using the optical sensor.
이와 같은 종래기술에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 그 구동장치가 각각의 태양전지 모듈마다 하나씩 설치되기 때문에 일정지역에 대규모로 태양전지 모듈 을 설치하는 경우 설치비용이 과다하게 증가하는 문제점이 있다.The solar tracking type photovoltaic device according to the related art has a problem in that the installation cost is excessively increased when the solar cell module is installed in a certain area because the driving device is installed one for each solar cell module. .
또한, 각 태양전지 모듈을 회동시키기 위한 구동장치가 거대 복잡하여 쉽게 고장이 발생되고, 이에 따라 유지보수작업이 번거롭고 비용이 증대되는 문제점이 있다.In addition, the driving device for rotating each solar cell module is a huge complexity, so that the failure is easily generated, and thus there is a problem that maintenance work is cumbersome and costs are increased.
본 발명은 상기한 종래기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서 태양전지 모듈이 항상 태양을 추적하도록 하는 구동장치의 구조를 단순화시켜 설치비용 및 유지보수비용을 현저하게 줄일 수 있는 태양추적형 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been created to solve the above-mentioned problems of the prior art, the solar tracking type of the solar cell module can simplify the structure of the drive device to always track the sun to significantly reduce the installation cost and maintenance costs The object is to provide a photovoltaic device.
또한, 본 발명은 복수개의 태양전지 모듈을 하나의 구동장치로 쉽게 제어할 수 있는 태양추적형 태양광 발전장치를 제공하는데 그 목적이 있다In addition, an object of the present invention is to provide a solar tracking photovoltaic device that can easily control a plurality of solar cell modules with a single drive device.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 프레임; 지구자전축과 평행한 방향으로 상기 프레임에 회동가능하도록 설치되는 제1 회전축; 평판형상을 갖고, 상기 제1 회전축의 길이방향을 따라 상기 제1 회전축에 일정간격으로 배열되어 설치되는 복수개의 태양전지 모듈; 상기 제1 회전축을 회동시키는 모터; 및 상기 모터를 제어하여 상기 태양전지 모듈들이 태양의 입사광과 수직을 이루도록 상기 제1 회전축을 회동시키는 제어부;를 포함하고, 상기 태양전지 모듈은 상기 제1 회전축의 길이방향을 따라 상기 제1 회전축과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되되, 상기 제1 회전축에 회동가능하도록 구비되는 복수개의 제2 회전축 각각에 고정설치되며, 상기 복수개의 제2 회전축은 상기 제2 회전축으로부터 연장형성된 연결부재와, 관통홀이 형성되어 상기 연결부재의 말단에 회동가능하게 결합되는 원통형부재와, 상기 원통형부재들의 관통홀에 삽입고정되는 회전 제어봉을 통해 상기 제1 회전축에 대하여 회동됨으로써 상기 태양전지 모듈들이 태양의 입사광과 수직을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the solar tracking photovoltaic device according to the present invention is a frame; A first rotating shaft installed rotatably on the frame in a direction parallel to the earth's rotational axis; A plurality of solar cell modules having a flat plate shape and arranged at regular intervals on the first rotation shaft along a longitudinal direction of the first rotation shaft; A motor for rotating the first rotation shaft; And a controller configured to control the motor to rotate the first rotational axis such that the solar cell modules are perpendicular to the incident light of the sun. The solar cell module includes the first rotational axis along a longitudinal direction of the first rotational axis. Vertically arranged at regular intervals and fixed to each of the plurality of second rotation shafts provided to be rotatable on the first rotation shaft, the plurality of second rotation shafts extending from the second rotation shaft, and a through hole. The solar cell modules are perpendicular to the incident light of the sun by being rotated about the first rotation axis through a cylindrical member rotatably coupled to the distal end of the connecting member and a rotation control rod inserted into the through hole of the cylindrical members. Characterized in that to achieve.
또한, 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치에 있어서, 상기 태양전지 모듈들이 설치된 상기 제1 회전축은 동일평면상에 복수개가 상기 프레임에 일정간격으로 배치되고, 상기 모터와 연결되어 상기 제1 회전축들을 동일하게 회동시키는 체인 또는 벨트가 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, in the solar tracking photovoltaic device according to the present invention, a plurality of the first rotation axis is installed on the same plane at a predetermined interval on the same plane, connected to the motor is connected to the motor It is preferable that a chain or belt is further provided to rotate the rotating shafts in the same manner.
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본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 지구의 자전 및 공전에 대한 이해를 바탕으로 설계된 것으로서, 복수개의 태양전지 모듈을 지구자전축과 평행한 축에 설치하여 이를 회전시키는 방식으로 복수개의 태양전지 모듈을 한꺼번에 제어할 수 있는 이점이 있다. 이로 인해 구동장치의 구조를 단순화시켜 설치비용 및 유지보수비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.The solar tracking solar cell apparatus according to the present invention is designed based on an understanding of the rotation and revolution of the earth, and the plurality of solar cell modules are installed by rotating the plurality of solar cell modules on a shaft parallel to the earth's rotation axis. There is an advantage that can be controlled at once. This has the advantage of reducing the installation and maintenance costs by simplifying the structure of the drive system.
또한, 상기와 같은 간단한 구조를 통하여 지구의 자전 및 공전으로 인한 태양의 이동을 정확하게 추적할 수 있어 발전효율을 증대시킬 수 있는 이점이 있다. In addition, it is possible to accurately track the movement of the sun due to the rotation and revolution of the earth through the simple structure as described above has the advantage of increasing the power generation efficiency.
상기 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성, 작용 및 효과는 첨부 한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 상세한 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention and the configuration, operation and effect of the present invention to achieve the same will be more clearly understood by the following detailed description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 계절에 따른 태양의 일주운동을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 주요부를 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 3의 제1 회전축 및 제2 회전축의 구성을 달리하여 나타낸 사시도, 도 5는 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도 변화를 추적하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.1 is a perspective view showing a schematic configuration of a solar tracking photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view for explaining the circumference movement of the sun according to the season, Figure 3 is a view of the present invention 4 is a perspective view illustrating main parts of a solar tracking photovoltaic device according to an embodiment, and FIG. 4 is a perspective view showing different configurations of the first and second rotation shafts of FIG. 3, and FIG. Figure is a view for explaining the operation of the photovoltaic device according to an embodiment of the present invention for tracking the change in the medium and high.
본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 크게 프레임(10), 제1 회전축(20), 태양전지 모듈(30), 모터(40) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다.As illustrated in FIG. 1, the photovoltaic device according to the embodiment of the present invention has a large frame 10, a first rotating shaft 20, a solar cell module 30, a motor 40, and a controller (not shown). It is configured to include.
프레임(10)은 제1 회전축(20)이 지구자전축과 평행한 상태에서 회동가능하게 설치되기 위한 것으로 철골 구조물인 것이 바람직하다. 또한, 프레임(10)은 제1 회전축(20), 태양전지 모듈(30) 등의 하중을 충분히 지지하고, 외력에 대한 충분한 저항력을 갖춘 구조를 가져야 한다. The frame 10 is to be rotatably installed in a state in which the first rotation shaft 20 is parallel to the earth's rotation axis, and preferably, it is a steel structure. In addition, the frame 10 should have a structure that sufficiently supports the load of the first rotating shaft 20, the solar cell module 30, etc., and has sufficient resistance to external forces.
제1 회전축(20)은 지구자전축과 평행한 방향으로 프레임(10)에 회동가능하도록 설치된다. 즉, 북극성을 향하도록 설치된다. 이는 지구의 자전 및 공전에 따른 태양의 일주운동에 대한 태양전지 모듈의 추적을 간단한 구조로 가능하게 한다. 이에 대해서는 이후의 설명에서 자세히 설명하기로 한다. The first rotation shaft 20 is installed to be rotatable to the frame 10 in a direction parallel to the earth's rotation axis. That is, it is installed facing the North Star. This makes it possible to track the solar cell module about the rotation of the sun according to the rotation and revolution of the earth with a simple structure. This will be described later in detail.
태양전지 모듈(30)은 태양에너지를 전기에너지로 변환시키는 태양전지(Solar Cell)를 직렬 또는 병렬로 연결하여 집적시킨 것으로서, 태양광의 입사광량이 균일하도록 전체적으로 평판 형상을 갖는다. 그리고, 태양전지 모듈(30)은 제1 회전축(20), 제2 회전축(60) 및 연결부재(70)에 의해 지지되므로, 이들에 의해 지지될 수 있는 적당한 중량 및 크기를 갖는 것이 바람직하다.The solar cell module 30 is integrated by connecting solar cells converting solar energy into electrical energy in series or in parallel and has a flat plate shape so that the incident light amount of sunlight is uniform. And, since the solar cell module 30 is supported by the first rotating shaft 20, the second rotating shaft 60 and the connecting member 70, it is preferable to have a suitable weight and size that can be supported by them.
또한, 태양전지 모듈(30)은 도 1에 도시된 바와 같이 제1 회전축(20)의 길이방향을 따라 제1 회전축에 일정간격으로 배열되어 설치된다. 이때, 태양전지 모듈(30)은 한 쌍이 제1 회전축(20)을 중심으로 대향되도록 설치되어 전체적으로 평형을 이루도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 제1 회전축(20)에 설치되는 복수개의 태양전지 모듈(30)들은 동일평면상에 설치된다. 따라서, 제1 회전축(20)이 회동함에 따라 복수개의 태양전지 모듈(30)들이 태양의 일주운동을 추적할 수 있는 것이다. 한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 태양전지 모듈(30)의 상측에 렌즈 또는 오목거울을 이용한 집광유닛을 설치하여 발전효율을 증대시키는 것도 가능하다.In addition, the solar cell module 30 is installed to be arranged at a predetermined interval on the first rotation shaft in the longitudinal direction of the first rotation shaft 20 as shown in FIG. At this time, the solar cell module 30 is preferably installed so that the pair is opposed to the center around the first rotation axis 20 to achieve an overall balance. In addition, the plurality of solar cell modules 30 installed on the first rotation shaft 20 are installed on the same plane. Therefore, as the first rotation shaft 20 rotates, the plurality of solar cell modules 30 may track the circumference of the sun. On the other hand, although not shown in the figure, it is also possible to increase the power generation efficiency by installing a light collecting unit using a lens or a concave mirror on the upper side of the solar cell module 30.
모터(40)는 감속기어를 통하여 제1 회전축(20)을 지구자전속도로 회동시키게 된다. 즉, 모터(40)는 감속모터인 것이 바람직하다.The motor 40 rotates the first rotation shaft 20 at the earth's rotation speed through the reduction gear. That is, the motor 40 is preferably a reduction motor.
제어부(미도시)는 모터(40)를 제어하여 제1 회전축(20)에 설치된 태양전지 모듈(30)을 태양의 입사광과 수직을 이루도록 제1 회전축(20)을 회동시키게 된다. 즉, 지구의 자전속도는 지구자전축을 중심으로 시간당 15°씩 회전하므로 제1 회전축(20)을 시간당 15°씩 회동시키게 되면 지구의 자전에 따른 태양의 운동을 추적 할 수 있게 된다.The controller (not shown) rotates the first rotation shaft 20 to control the motor 40 so that the solar cell module 30 installed on the first rotation shaft 20 is perpendicular to the incident light of the sun. That is, since the rotation speed of the earth rotates by 15 ° per hour around the earth's rotation axis, the rotation of the first rotational axis 20 by 15 ° per hour enables the movement of the sun according to the rotation of the earth.
한편, 상술된 태양전지 모듈(30)들이 설치된 제1 회전축(20)은 복수개가 지구자전축과 평행한 방향으로 서로 동일평면상에 위치하도록 프레임(10)에 일정간격으로 배치되어 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 모터(40)와 연결되어 제1 회전축(20)들을 지구자전속도로 동일하게 회동시키는 체인 또는 벨트(50)가 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 회전축(20)의 일단에 기어(22)가 구비되고, 모터(40)에 의하여 구동되는 체인 또는 벨트(50)가 각 제1 회전축의 기어(22)를 회동시키는 것이다. On the other hand, it is preferable that the first rotation shaft 20 provided with the above-described solar cell modules 30 is disposed at regular intervals on the frame 10 such that the plurality of first rotation shafts 20 are positioned on the same plane in the direction parallel to the earth's rotation axis. . In addition, it is preferable that a chain or belt 50 is connected to the motor 40 to rotate the first rotation shafts 20 at the same time as the earth's rotational speed. That is, as shown in FIG. 1, the gear 22 is provided at one end of the first rotation shaft 20, and the chain or belt 50 driven by the motor 40 is the gear 22 of each first rotation shaft. To rotate.
체인 구동의 경우 각 제1 회전축(20)의 일단에 마련되는 기어(22)는 동일한 잇수를 갖는 체인 스프로킷(chain sprocket)이어서 각 제1 회전축(20)은 동일한 각속도로 회동하게 된다. 그리고, 벨트 구동의 경우 벨트(50)는 타이밍 벨트(timing belt)인 것이 바람직하고, 이로 인해 각 제1 회전축(20)은 동일한 각속도로 회동할 수 있게 된다.In the case of chain drive, the gear 22 provided at one end of each first rotation shaft 20 is a chain sprocket having the same number of teeth so that each first rotation shaft 20 rotates at the same angular velocity. In addition, in the case of belt driving, the belt 50 is preferably a timing belt, whereby each of the first rotation shafts 20 can rotate at the same angular speed.
상술된 구성들은 지구의 자전에 따른 태양의 일주운동을 추적하기 위한 태양광 발전장치의 구성을 나타낸다. 한편, 태양은 도 2에 도시된 바와 같이 지구의 공전에 따라 그 남중고도가 계절에 따라 변한다. 따라서 제1 회전축(20)에 설치되는 태양전지 모듈(30)들을 태양의 남중고도 변화를 추적하도록 제1 회전축(20)상에서 회동시켜 태양광 발전장치의 발전효율을 증대시킬 필요가 있다.The above-described configurations represent the configuration of the photovoltaic device for tracking the circumference of the sun according to the rotation of the earth. On the other hand, the sun changes according to the season of the south middle altitude according to the orbit of the earth as shown in FIG. Therefore, it is necessary to increase the power generation efficiency of the photovoltaic device by rotating the solar cell modules 30 installed on the first rotation shaft 20 on the first rotation shaft 20 so as to track changes in the south-high altitude of the sun.
이를 위해 태양전지 모듈(30)들은 제1 회전축(20)의 길이방향을 따라 제1 회전축(20)과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되되, 제1 회전축(20)에 회동가능하도 록 구비되는 복수개의 제2 회전축(60, 60")에 고정설치되는 것이 바람직하다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 회전축(20)에는 그 길이방향을 따라 삽입홈(22)이 일정간격으로 형성배열되고, 상기 삽입홈(22)에 일단이 삽입되어 회동가능하도록 설치되는 복수개의 제2 회전축(60)이 구비된다. 이때 제2 회전축(60) 각각의 타단에 태양전지 모듈(30)이 고정설치되는 것이다. 따라서, 각각의 태양전지 모듈(30)은 제1 회전축(20)의 길이방항과 수직방향으로 배열되어 제1 회전축(20) 상에서 회동가능하게 된다.To this end, the solar cell modules 30 are arranged at regular intervals to be perpendicular to the first rotation shaft 20 along the longitudinal direction of the first rotation shaft 20, and are provided to be rotatable on the first rotation shaft 20. It is preferable to be fixed to the second rotation shaft 60, 60 ". That is, as shown in Figure 3, the first rotation shaft 20, the insertion groove 22 is formed at regular intervals along the longitudinal direction And, one end is inserted into the insertion groove 22 is provided with a plurality of second rotating shaft 60 is installed to be rotatable at this time, the solar cell module 30 is fixed to the other end of each of the second rotary shaft 60 Therefore, each solar cell module 30 is arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the first axis of rotation 20 to be rotatable on the first axis of rotation (20).
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치는 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도의 변화를 추적하기 위해 제1 회전축(20)에 설치되는 복수개의 태양전지 모듈(30)들을 제2 회전축(60)을 중심으로 각각 동일하게 회동시키기 위한 구조를 갖는다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 연결부재(70)가 각 제2 회전축(60)으로부터 연장형성되고, 관통홀이 형성된 원통형부재(80)가 상기 연결부재(70)의 말단에 회동가능하게 결합되고, 원통형부재(80)들의 관통홀에 회전 제어봉(90)이 삽입고정된다. 이때, 원통형부재(80)는 한 쌍의 연결부재(70)의 말단에 양단이 회동가능하도록 설치되는 것이 바람직하다. 따라서, 연결부재(70)들의 관통홀에 삽입고정된 회전 제어봉(90)이 그 길이방향으로 직선운동을 하게 되면 연결부재(70) 및 제2 회전축(60)이 제1 회전축(20) 상에서 회동하게 되고, 결국, 제2 회전축(60)에 고정설치된 태양전지모듈(30)이 회동하게 되는 것이다. 즉, 회전 제어봉(90)을 제어함으로써 제1 회전축(20) 상에 설치된 태양전지 모듈(30)들을 계절의 변화에 따른 태양의 입사광과 수직을 이루도록 제어할 수 있는 것이다.In addition, the photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, the second rotation shaft of the plurality of solar cell modules 30 installed on the first rotation shaft 20 to track the change in the south middle altitude of the sun according to the revolution of the earth. Each one has a structure for rotating the same around the 60. That is, as shown in FIG. 3, the connecting member 70 extends from each second rotation shaft 60, and the cylindrical member 80 having the through hole is rotatably coupled to the end of the connecting member 70. The rotation control rod 90 is inserted into and fixed to the through holes of the cylindrical members 80. At this time, it is preferable that the cylindrical member 80 is installed at both ends of the pair of connecting members 70 so as to be rotatable. Therefore, when the rotation control rod 90 inserted into the through holes of the connection members 70 makes a linear motion in the longitudinal direction, the connection member 70 and the second rotation shaft 60 rotate on the first rotation shaft 20. As a result, the solar cell module 30 fixed to the second rotating shaft 60 is rotated. That is, by controlling the rotation control rod 90, the solar cell modules 30 installed on the first rotation shaft 20 can be controlled to be perpendicular to the incident light of the sun according to the change of the season.
이때, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 회전 제어봉(90)을 이동시킨 뒤 회전 제어봉(90)의 말단을 고정시킬 수 있는 고정수단을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 회전 제어봉(90)을 모터(40)에 의해 연동되도록 구성하여 회전 제어봉(90)의 제어를 자동화시키는 것도 가능하다. At this time, although not shown in the figure, it is preferable to have a fixing means for fixing the end of the rotation control rod 90 after moving the rotation control rod (90). In addition, although not shown in the figure, it is also possible to automate the control of the rotation control rod 90 by configuring the rotation control rod 90 to be interlocked by the motor 40.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치는 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도의 변화를 추적하기 위해 제1 회전축(20)에 설치되는 복수개의 태양전지 모듈(30)들을 제2 회전축(60)을 중심으로 각각 동일하게 회동시키기 위해 상술된 구조와 다른 구조를 구비할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 회전축(20)에는 그 길이방향을 따라 삽입돌기(22")가 형성되고, 제2 회전축(60")의 일단에는 상기 삽입돌기(22")가 삽입되는 홈이 형성된다. 그리고, 제2 회전축(60")의 타단에 태양전지 모듈(30)이 고정설치된다. 따라서 제2 회전축(60")이 제1 회전축에 회동가능하게 설치되는 것이다.On the other hand, the photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, the second rotation axis of the plurality of solar cell modules 30 installed on the first rotation shaft 20 to track the change in the south middle altitude of the sun according to the revolution of the earth It may be provided with a structure different from the above-described structure to rotate the same around each of the 60. That is, as shown in FIG. 4, an insertion protrusion 22 ″ is formed in the first rotation shaft 20 along the longitudinal direction thereof, and the insertion protrusion 22 ″ is inserted into one end of the second rotation shaft 60 ″. A groove is formed. The solar cell module 30 is fixedly installed at the other end of the second rotation shaft 60 ″. Therefore, the second rotary shaft 60 "is rotatably installed on the first rotary shaft.
이하, 도 1 내지 도 5를 참고하여 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 작동을 설명한다.Hereinafter, an operation of a solar tracking solar cell apparatus according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above with reference to FIGS. 1 to 5 will be described.
본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 지구의 자전에 따른 태양의 일주운동을 추적하기 위한 제1 회전축(20)과, 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도의 변화를 추적하기 위한 제2 회전축(60, 60")의 2축 시스템을 구비한다. 먼저, 지구의 자전에 따른 태양의 일주운동을 추적하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 작동을 살펴보기로 한다. The solar tracking photovoltaic device according to an embodiment of the present invention has a first rotational axis 20 for tracking the circumference of the sun according to the rotation of the earth, and for tracking the change in the south middle altitude of the sun according to the revolution of the earth. A biaxial system of the second axis of rotation 60, 60 ″ is provided. First, operation according to an embodiment of the present invention for tracking the circumference of the sun according to the rotation of the earth will be described.
이에 앞서 계절에 따른 태양의 일주운동을 도 2를 참고하여 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이 지구자전축은 북극성을 향하며 지평선과 φ만큼 경사를 이루고 있다. 이때, 지구자전축과 지평선이 이루는 각인 φ는 관측지역의 위도와 같다. Prior to this, the circumference of the sun according to the season will be described with reference to FIG. 2. As shown in FIG. 2, the Earth's rotation axis is inclined by φ toward the horizon toward the North Star. At this time, the angle φ formed by the Earth's axis and the horizon is equal to the latitude of the observed area.
한편, B는 태양의 적위가 0°일 때, 즉 춘분 또는 추분일 때의 태양의 일주운동을 나타내고, 천구의 적도를 따라 정동에서 떠서 정서로 지게 되어 낮과 밤의 길이가 같다. 또한, A는 태양의 적위가 +23.5°일 때, 즉 하지일 때의 태양의 일주운동을 나타낸다. 그리고, C는 태양의 적위가 -23.5°일 때, 즉 동지일 때의 태양의 일주운동을 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이 어느 지역이든 계절에 상관없이 태양은 지구자전축을 중심으로 일주운동을 하게 된다. 다만, 계절에 따라 태양의 남중고도(a, b, c)의 변화만 있게 되는 것이다.On the other hand, B represents the diurnal motion of the sun when the sun's declination is 0 °, that is, the vernal equinox or the autumn equinox. In addition, A represents the circumferential motion of the sun when the solar declination is + 23.5 °, that is, when it is the lower limb. And C denotes the diurnal motion of the sun when the declination of the sun is -23.5 °, i. As shown in FIG. 2, regardless of the season, the sun moves around the Earth's axis as shown in FIG. 2. However, depending on the season there will be only a change in the sun's mid-high altitude (a, b, c).
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 회전축(20)을 지구자전축과 평행하게 프레임(10)에 설치하고, 제1 회전축(20)을 시간당 15°씩 일정하게 회동시키면 지구자전에 의한 태양의 일주운동을 추적할 수 있게 된다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 태양전지 모듈(30)들이 설치된 복수개의 제1 회전축(20)들은 모터(40)에 의해 구동하는 체인 또는 벨트(50)와 연결되고, 모터(40)와 연결된 제어부(미도시)는 지구의 자전에 따른 태양의 일주운동을 추적할 수 있도록 제1 회전축(20)들을 동일한 각속도로 회동하게 된다.Therefore, the solar tracking photovoltaic device according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 1 is installed on the frame 10 in parallel with the earth's rotation axis 20, the first rotation shaft 20 If you rotate it regularly 15 ° per hour, you can track the sun's diurnal motion by the Earth's rotation. Meanwhile, as illustrated in FIG. 1, the plurality of first rotation shafts 20 provided with the solar cell modules 30 are connected to a chain or belt 50 driven by the motor 40, and connected to the motor 40. The controller (not shown) rotates the first rotational shafts 20 at the same angular velocity so as to track the circumference of the sun according to the rotation of the earth.
이하, 도 5를 참고하여 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도 변화를 추적하 기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 작동을 설명한다. 도 5에 도시된 바와 같이 회전 제어봉(90)을 작업자가 밀거나 당기면 각 원통형부재(80)가 이동하게 되고, 원통형부재(80)가 회동가능하게 연결된 연결부재(70) 및 제2 회전축(60)이 제1 회전축(20) 상에서 회전하게 된다. 이때, 제2 회전축(60)에 고정설치된 태양전지 모듈(30)들이 제2 회전축(60)을 중심으로 회동하게 되어 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도의 변화를 추적할 수 있게 된다.Hereinafter, with reference to Figure 5 describes the operation according to an embodiment of the present invention for tracking the south-mid elevation change of the sun according to the orbit of the earth. As shown in FIG. 5, when the operator pushes or pulls the rotation control rod 90, each cylindrical member 80 is moved, and the connecting member 70 and the second rotating shaft 60 to which the cylindrical member 80 is rotatably connected. ) Rotates on the first rotation shaft 20. At this time, the solar cell modules 30 fixed to the second rotating shaft 60 are rotated about the second rotating shaft 60 to track changes in the south middle altitude of the sun according to the revolution of the earth.
도 5a는 태양의 남중고도가 가장 낮은 동지를, 도 5b는 춘분 및 추분을, 도 5c는 태양의 남중고도가 가장 높은 하지를 각각 나타내고, 화살표는 회전 제어봉(90)의 제어방향을 나타낸다. 각 제1 회전축(20)에 설치되는 회전 제어봉(90)은 기계적인 구성을 통해 상술된 모터(40)와 연동시켜 자동화시키는 것도 가능하다. 그러나, 지구의 공전에 따른 태양의 고도변화는 일(日)당 그 변화량이 매우 작기 때문에 작업자가 소정기간이 지난 뒤에 남중고도의 변화량에 맞추어 회전 제어봉(90)을 조절할 수 있도록 구성하도록 하는 것이다. 이것은 본 발명에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 구동장치의 구조를 간단히 하고자하는 목적에도 부합한다.FIG. 5A shows the winter solstice with the lowest south mid-high altitude, FIG. 5B shows the spring equinox and the autumn equinox, FIG. 5C shows the lower middle high altitude of the sun, and arrows indicate the control direction of the rotation control rod 90. The rotation control rod 90 installed on each of the first rotation shafts 20 may be automated by interlocking with the above-described motor 40 through a mechanical configuration. However, the change in the altitude of the sun according to the orbit of the earth is so small that the change per day (day) is to be configured so that the operator can adjust the rotation control rod (90) in accordance with the change in the south middle altitude after a predetermined period. This also meets the purpose of simplifying the structure of a drive device for a solar tracked photovoltaic device according to the present invention.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.An embodiment of the present invention described above and illustrated in the drawings should not be construed as limiting the technical idea of the present invention. The protection scope of the present invention is limited only by the matters described in the claims, and those skilled in the art can change and change the technical idea of the present invention in various forms. Therefore, such improvements and modifications will fall within the protection scope of the present invention as long as it will be apparent to those skilled in the art.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 개략적인 구성을 나타내는 사시도이고, 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a solar tracking photovoltaic device according to an embodiment of the present invention,
도 2는 계절에 따른 태양의 일주운동을 설명하기 위한 도면이고, 2 is a view for explaining the round motion of the sun according to the season,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양추적형 태양광 발전장치의 주요부를 나타내는 사시도이고, Figure 3 is a perspective view showing the main part of the solar tracking photovoltaic device according to an embodiment of the present invention,
도 4는 도 3의 제1 회전축 및 제2 회전축의 구성을 달리하여 나타낸 사시도, 4 is a perspective view showing different configurations of the first rotary shaft and the second rotary shaft of FIG.
도 5는 지구의 공전에 따른 태양의 남중고도 변화를 추적하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 발전장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the operation of the photovoltaic device according to an embodiment of the present invention for tracking the change in the south-mid elevation of the sun according to the revolution of the earth.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 프레임 20 : 제1 회전축10 frame 20 first rotating shaft
22 : 기어 24 : 삽입홈22: gear 24: insertion groove
24" : 삽입돌기 30 : 태양전지 모듈24 ": Insertion protrusion 30: Solar cell module
40 : 모터 50 : 체인 또는 벨트40: motor 50: chain or belt
60, 60" : 제2 회전축 70 : 연결부재60, 60 ": second rotating shaft 70: connecting member
80 : 원통형부재 90 : 회전 제어봉80: cylindrical member 90: rotation control rod

Claims (4)

  1. 프레임;frame;
    지구자전축과 평행한 방향으로 상기 프레임에 회동가능하도록 설치되는 제1 회전축;A first rotating shaft installed rotatably on the frame in a direction parallel to the earth's rotational axis;
    평판형상을 갖고, 상기 제1 회전축의 길이방향을 따라 상기 제1 회전축에 일정간격으로 배열되어 설치되는 복수개의 태양전지 모듈;A plurality of solar cell modules having a flat plate shape and arranged at regular intervals on the first rotation shaft along a longitudinal direction of the first rotation shaft;
    상기 제1 회전축을 회동시키는 모터; 및A motor for rotating the first rotation shaft; And
    상기 모터를 제어하여 상기 태양전지 모듈들이 태양의 입사광과 수직을 이루도록 상기 제1 회전축을 회동시키는 제어부;를 포함하고,And a controller configured to control the motor to rotate the first rotational axis such that the solar cell modules are perpendicular to the incident light of the sun.
    상기 태양전지 모듈은 상기 제1 회전축의 길이방향을 따라 상기 제1 회전축과 수직을 이루어 일정간격으로 배열되되, 상기 제1 회전축에 회동가능하도록 구비되는 복수개의 제2 회전축 각각에 고정설치되며,The solar cell module is perpendicular to the first rotation axis along the longitudinal direction of the first rotation axis is arranged at a predetermined interval, is fixed to each of the plurality of second rotation axis provided to be rotatable on the first rotation axis,
    상기 복수개의 제2 회전축은 상기 제2 회전축으로부터 연장형성된 연결부재와, 관통홀이 형성되어 상기 연결부재의 말단에 회동가능하게 결합되는 원통형부재와, 상기 원통형부재들의 관통홀에 삽입고정되는 회전 제어봉을 통해 상기 제1 회전축에 대하여 회동됨으로써 상기 태양전지 모듈들이 태양의 입사광과 수직을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 태양추적형 태양광 발전장치.The plurality of second rotating shafts may include a connecting member extending from the second rotating shaft, a cylindrical member having a through hole formed therein and rotatably coupled to an end of the connecting member, and a rotation control rod inserted into the through hole of the cylindrical members. The solar tracking solar cell apparatus of claim 1, wherein the solar cell modules are perpendicular to the incident light of the sun by being rotated about the first rotation axis.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 태양전지 모듈들이 설치된 상기 제1 회전축은 동일평면상에 복수개가 상기 프레임에 일정간격으로 배치되고,The plurality of first rotating shafts are installed in the solar cell modules are arranged on the same plane at regular intervals,
    상기 모터와 연결되어 상기 제1 회전축들을 동일하게 회동시키는 체인 또는 벨트가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 태양추적형 태양광 발전장치.And a chain or belt connected to the motor to rotate the first rotational shafts in the same manner.
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